[发明专利]转速传感器和用于运行转速传感器的方法

说明书

技术领域

本发明从转速传感器出发。

背景技术

这样的结构是普遍公知的。例如由文献DE 101 08 196 A1公开了一种具有科里奥利元件的用于测量转速的转速传感器，所述转速垂直于传感器的衬底平面。所述传感器包括第一科里奥利元件和第二科里奥利元件，它们通过弹簧彼此连接并且被激励成平行于驱动轴线的振动，其中第一探测装置和第二探测装置探测第一科里奥利元件和第二科里奥利元件由于作用到科里奥利元件上的科里奥利力平行于衬底平面的偏转，从而第一探测装置的第一探测信号和第二探测装置的第二探测信号的差与科里奥利力相关并且由此也与转速传感器的转速相关。在此，科里奥利元件通过弹簧元件可运动地连接到驱动框架上并且通过驱动框架间接地连接到衬底上。弹簧元件构造为U形弹簧，其包括两个互相平行地延伸的弯曲弹簧，它们通过顶部固定地彼此连接。通过弯曲弹簧的弯曲能够实现驱动框架和科里奥利元件由于科里奥利力的平行于衬底平面的偏转。

此外，构造用于探测平行于衬底平面延伸的转速的转速传感器是已知的。这样的转速传感器例如由文献WO 2005/043 079 A2公开。所述转速传感器具有类似的功能原理，其中科里奥利元件被驱动成绕平行于主延伸平面并且垂直于转速延伸的驱动轴线的驱动振动并且由于科里奥利力被偏转成绕垂直于衬底平面的探测轴线的探测振动。

在所有所述的转速传感器中，驱动振动和探测振动是不可完全彼此分离的，从而由制造公差决定地产生从驱动运动到探测运动的串扰。所述串扰不利地产生正交信号，其振幅通常比真正的测量信号高四倍。必须耗费地通过合适的措施在设计转速传感器时(例如，有源的所连接的补偿电极)以及在测量信号的电处理时抑制所述正交信号。微机械转速传感器中的正交信号的主要原因在于，由于制造公差不能理想地加工用于悬挂科里奥利元件和驱动装置的所使用的弹簧元件。如果所述弹簧元件受力(例如产生驱动运动)，则其不仅与所施加的力平行地偏转也与所述方向(例如平行于探测方向)正交地偏转，从而实现驱动运动到探测运动中的串扰。

发明内容

根据本发明的转速传感器和根据本发明的用于运行转速传感器的方法相对于现有技术具有以下优点：正交信号显著降低。这通过如下方式实现：探测弹簧在振动节点的区域中耦合在力传递装置上。当激励震动质量进行驱动振动时，所述力传递装置优选在振动节点的区域中保持静止，从而抑制探测弹簧由于驱动振动的变形。通过所述方式抑制驱动振动到探测振动中的串扰，从而使正交信号的形成最小化。特别地因此实现由震动质量和力传递装置组成的系统在衬底上的几乎无力和力矩的悬挂。因此，有利地，不需要补偿结构或者耗费的信号处理。所述探测弹簧分别尤其间接地或直接地连接到衬底上或衬底锚定部上。根据本发明的转速传感器尤其包括MEMS部件(微机电系统)，所述MEMS部件在半导体生产工艺中制成。衬底优选包括半导体材料，尤其是硅，其被相应地结构化以构造震动质量、探测弹簧和力传递装置。在此，所述结构化优选在光刻法、蚀刻法、沉积法和/或键合法的范畴内实现。

根据一个优选实施方式，力传递装置通过弹簧元件如此与震动质量耦合，使得力传递装置能够通过震动质量的驱动振动被激励成具有振动节点的驻波。有利地，力传递装置如此构造，使得力传递装置通过由于力传递装置与以驱动振动形式振动的震动质量的耦合的激励被激励成驻波。驻波构成一些振动节点，这些振动节点与力传递装置的其余部分相比几乎保持静止，从而不会由于从震动质量串扰到力传递装置上的驱动振动引起探测弹簧的弯曲应力。力传递装置优选在驱动轴线的区域中与震动质量耦合，从而有利地不引起力传递装置垂直于主延伸平面的平移运动。由此有利于振动节点的静止位置。

根据一个有利的实施方式，转速传感器具有至少一个相邻的另外的震动质量，其借助于另外的驱动装置能够被激励成绕平行于驱动轴线的另外的驱动轴线的另外的驱动振动，其中所述驱动振动和所述另外的驱动振动是彼此反相地定向，其中所述震动质量和所述另外的震动质量优选通过至少一个弹簧区域彼此弹簧弹性地连接。因此，有利地能够实现转速的差分分析处理。所述震动质量和所述另外的震动质量通过弹簧区域的耦合有利地能够实现运动自由度的限制，从而抑制额外的振动模式和尤其寄生平行模式的形成。弹簧区域尤其包括将所述震动质量和所述另外的震动质量彼此连接的区域，其具有比所述振动质量和所述另外的振动模块更小的材料厚度，从而弹簧区域的刚性相对于所述震动质量和所述另外的震动质量降低并且因此能够实现所述震动质量相对于所述另外的振动质量的弹簧弹性的弯曲。